本發明創造屬于清潔能源利用技術，主要涉及淺層地熱能利用系統。
背景技術：
目前，開發利用清潔能源供熱的方法主要有三種，一是空氣源熱泵，在空氣中提取熱能用于供熱；一是水源熱泵，從熱水中提取熱能用于供熱；一是土壤源熱泵，用水做介質，從地下土壤中提取熱能用于供熱。但是這些方法在嚴寒地區都有一定的局限性。1、空氣源熱泵在零下二十度以下溫度環境帶工作，績效比(cop)差，不適用于嚴寒地區；2、用水源熱泵，需有熱水源，但勘探到地下熱水源比較難，且開采地下熱水供暖，容易破壞地下水資源，回灌也很難，容易造成地表環境的污染；地上可以提取熱能再利用的熱水源很少，所以能夠提取的熱能極其有限；3、用以水為介質的土壤源熱泵，需地下土壤有較高的溫度，但嚴寒地區地下300米以內的淺層地域溫度較低，用水做介質提取其熱能供暖績效比差，而深層地熱能的提取前期的投入和運行費用也都比較高。基于上述原因，在我國的嚴寒地區冬季清潔能源開發利用始終沒有發展起來。
技術實現要素：
本發明創造的目的就是針對上述現有技術存在的問題，結合嚴寒地區地熱能開發利用的實際需要，研發設計一種在嚴寒地區利用淺層地熱能供暖系統，達到在嚴寒地區充分開發利用清潔能源、提高績效比的目的。
本發明創造的目的是這樣實現的：在地面上設置泵房，在所述泵房內安裝熱泵機組的壓縮機、氣冷器、膨脹閥和由冷水腔與熱水腔組成的水箱，在所述水箱上配裝與冷水腔連通的冷水回流管和與熱水腔連通的熱交換水管，水泵安裝在冷水回流管上，所述冷水回流管和熱交換水管與熱泵機組連通，熱水輸出管和冷水輸入管分別與水箱的熱水腔和冷水腔連通；在嚴寒地區地下深度為150-200米的淺地層內開設地熱井，所述地熱井處于5℃以上溫度環境帶處，在所述地熱井內從下至上依次安裝熱泵機組的蒸發器和保溫套管，所述保溫套管的上端面與地面平齊或位于地面上，所述保溫套管長度為100米，在所述保溫套管內配裝CO2輸入管和CO2輸出管，所述CO2輸入管整體呈螺旋體狀，所述CO2輸出管位于CO2輸入管螺旋體內部，所述CO2輸入管的兩端分別與蒸發器和膨脹閥連通，所述CO2輸出管的兩端分別與蒸發器和壓縮機連通，至此構成一種在嚴寒地區利用淺層地熱能供暖系統。
在嚴寒地區的冬季，本發明創造將二氧化碳熱泵機組的蓄熱系統和蒸發系統置放在地下零上5度以上的溫度環境帶處，不但為其在嚴寒地區的冬季創造了一個吸收和制造熱能的最佳工作環境，更重要的是創造了一個在嚴寒地區冬季開發利用地熱能經濟、實用的好方法。1、本發明創造改變了傳統二氧化碳熱泵機組既有的結構形式。其新的組合形式打破了二氧化碳熱泵機組在零下二十度及以下溫度環境下制熱績效差的局限性，使之在嚴寒地區氣溫條件差的環境下仍能正常、高績效的工作運行，從溫度環境上拓寬了二氧化碳熱泵機組工作運行的地域范圍，開創了一種地熱能提取經濟、實用的新方法；2、本發明創造將二氧化碳熱泵機組介質運行CO2輸入、輸出管置放地下，以使其介質通過在地下管道中的循環運行提取地熱能，將蒸發器置放地下，使其一年四季不受地上氣溫變化的影響，始終工作在一個最佳的溫度環境中。
本發明創造結構新穎、合理，績效比高，為嚴寒地區地熱能的開發應用提供了技術支持。
附圖說明
圖1是一種在嚴寒地區利用淺層地熱能供暖系統總體結構示意圖。
圖中件號說明：
1、蒸發器、2、地熱井、3、保溫套管、4、CO2輸入管、5、CO2輸出管、6、膨脹閥、7、氣冷器、8、熱泵機組、9、壓縮機、10、熱交換水管、11、水箱、12、熱水輸出管、13、泵房、14、冷水輸入管、15、水泵、16、冷水回流管。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明創造實施方案進行詳細描述。一種在嚴寒地區利用淺層地熱能供暖系統，在地面上設置泵房13，在所述泵房13內安裝熱泵機組8的壓縮機9、氣冷器7、膨脹閥6和由冷水腔與熱水腔組成的水箱11，在所述水箱11上配裝與冷水腔連通的冷水回流管16和與熱水腔連通的熱交換水管10，水泵15安裝在冷水回流管16上，所述冷水回流管16和熱交換水管10與熱泵機組8連通，熱水輸出管12和冷水輸入管14分別與水箱11的熱水腔和冷水腔連通；在嚴寒地區地下深度為150-200米的淺地層內開設地熱井2，所述地熱井2處于5℃以上溫度環境帶處，在所述地熱井2內從下至上依次安裝熱泵機組8的蒸發器1和保溫套管3，所述保溫套管3的上端面與地面平齊或位于地面上，所述保溫套管3長度為100米，在所述保溫套管3內配裝CO2輸入管4和CO2輸出管5，所述CO2輸入管4整體呈螺旋體狀，所述CO2輸出管5位于CO2輸入管4螺旋體內部，所述CO2輸入管4的兩端分別與蒸發器1和膨脹閥6連通，所述CO2輸出管5的兩端分別與蒸發器1和壓縮機9連通。在保溫套管3、CO2輸入管4和CO2輸出管5管外壁面上設有防腐涂料層。
作業使用時，制作一眼地熱井2，其深度至攝氏零上5度以上的溫度環境帶，在嚴寒地區的冬季一般在地下150米至200米深處。可根據提取熱能的需要，決定其深淺。井制作完成后，將以二氧化碳為介質的熱泵機組8中的蒸發器1和CO2輸入、輸出管4、5置放井中，使其介質通過這些系統在地下特定溫度環境的運行過程中，不斷的提取土壤中的熱能，并通過蒸發器1再加熱后，形成氣體蒸發回地上，返回地面的氣態二氧化碳通過熱泵機組8的地上部分將熱能提取出來用于供熱。氣態的二氧化碳被提取出熱能后，又形成液態返回地下循環系統中，以此不間斷的反復運行來提取地熱能進行地上供熱。